[发明专利]一种碳基单原子光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种新型的用于辅酶再生反应的碳基单原子光催化剂，具体涉及一种碳基单原子光催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括活性金属组分和载体，活性金属组分以单原子分散状态负载在载体上；活性金属组分为Rh、Co中的任一种；载体为二维超薄的石墨相氮化碳基底。制备方法为以具有良好生物相容性的二维超薄氮化碳基底为载体，将Rh或Co基单原子金属中心掺杂至载体骨架中，实现新型碳基单原子光催化剂；其制备方法的合成步骤简单易行，实用价值较高。制备得到的催化剂应用于光催化NADH辅酶再生反应中，表现出优异的再生效率和循环使用性；实现了无额外添加电子调节剂的辅酶再生过程。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种新型的用于辅酶再生反应的碳基单原子光催化剂，具体涉及一种碳基单原子光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

一直以来，大自然都在采用生物酶来进行生物化学转化，生物酶催化具有反应速率快、兼容性好、立体选择性高、反应条件温和以及副产物少等优点，在化学品合成、新药开发等领域发挥着至关重要的作用。氧化还原酶作为一类最典型的生物酶催化剂，在常规催化反应应用上具有巨大的潜力，例如氧化还原酶已在羰基还原、碳-氢键的氧化、碳-碳双键的环化以及Baeyer-Villiger氧化等反应中呈现出较高的催化效率。然而，许多氧化还原酶都需要辅酶才能呈现持续高效的反应活性(氧化还原酶每催化一分子底物都需要一分子的辅酶参与)。自然界中的最为常见的辅酶之一就是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，鉴于NADH高昂的价格，实现NADH的高效低成本再生在酶催化工业中具有十分重要的意义。

通常NADH的再生是一个氧化态NAD⁺的还原过程，即NAD⁺+2e^-+H⁺→NADH。目前报道的NADH再生方法主要包括6大类，分别是酶法(使用甲酸脱氢酶等)、化学法(使用无机盐)、电化学法(阴极直接还原或者使用金属有机络合物作为质子的传输媒介)、光催化(使用氮化碳作为光催化剂)、均相催化剂再生(使用Rh、Ru、Pt的络合物)、多相催化剂再生(Pt/Al₂O₃)。其中，光化学方法是以可再生的太阳能为能量来源，实现从光能到化学能的高效转化，表现出较高NADH的选择性和收率，有望实现NADH的高效低成本再生及其后续的酶促转化应用。